CN102921355B

CN102921355B - 一种列管式固定床反应器和煤层气脱氧方法

Info

Publication number: CN102921355B
Application number: CN201110226013.7A
Authority: CN
Inventors: 张利军; 王国清; 白杰; 杜志国; 刘晓波; 郝雪松
Original assignee: Sinopec Beijing Research Institute of Chemical Industry; China Petroleum and Chemical Corp
Current assignee: Sinopec Beijing Research Institute of Chemical Industry; China Petroleum and Chemical Corp
Priority date: 2011-08-08
Filing date: 2011-08-08
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2031-08-08
Also published as: CN102921355A

Abstract

本发明提供一种列管式固定床反应器，其特征在于，该反应器包括第一封头、第二封头和壳体，其中，在壳体内，设置有至少一个分隔板，将该反应器沿壳体的轴向分为至少两段，每段反应器外部的壳体上均设置有冷却介质进口和冷却介质出口，并且沿壳体的轴向，按照远离第二封头的顺序，各段反应器中列管的数目依次递减，且列管的管径依次增大。本发明还提供一种在上述的列管式固定床反应器中进行的煤层气脱氧方法。相比现有技术中的很多对设备的改进而言，本发明的列管式固定床反应器结构简单，制备难度较低。此外，本发明的方法在保证煤层气脱氧效果、消除了反应器中热点的同时还保证了工艺的处理能力。

Description

一种列管式固定床反应器和煤层气脱氧方法

技术领域

本发明涉及一种列管式固定床反应器和在该反应器中进行的煤层气脱氧方法。

背景技术

煤层气(俗称瓦斯)是大量存在于煤层中，以甲烷为主要成分的可利用资源。通常在煤矿的开采过程中，由于煤层气的易爆特性，非常容易造成煤矿安全事故，因此处理的方法一般为向直接排放大气。由于其中的主要成分甲烷是一种温室气体，其温室效应是CO₂的20倍以上，大量的煤层气排入大气加剧了全球温室效应。

随着石油资源的日益匮乏，替代能源的寻找一直是近几十年来各国政府和企业界所共同关注的重点。其中，主要成分为甲烷的天然气的利用已经取得了一定的成果，比如天然气发电，天然气作民用燃料，天然气经合成气制备化工原料等。与天然气类似，煤层气的主要成分也是甲烷，如果能够作为天然气的补充加以利用，不仅可以扩大甲烷类资源的使用年限，还可以提高煤矿开采安全性和降低全球温室效应，具有巨大的社会效益和经济效益。

煤层气与天然气的不同主要体现在甲烷的含量不同，按照甲烷含量的不同，煤层气还可以分为高甲烷含量(甲烷浓度大于80重量％)的气体，中甲烷含量(甲烷浓度为30-80重量％)的气体和低甲烷含量(甲烷浓度小于30重量％)的气体。对于高甲烷含量的气体，其使用率已经接近100％，而对于中低甲烷含量的气体，由于其中存在的氧气和氮气导致了安全性和分离经济效益的问题，尤其是由于其中氧气的存在导致的安全性问题，已经成为制约中低甲烷含量的煤层气利用的瓶颈。其原因在于，煤层气利用需要提高气体中的甲烷含量，而提高甲烷含量的方法就是需要将氮气或空气与甲烷分离。

目前煤层气分离提纯技术主要包括低温深冷分离、变压吸附和膜分离等三种。对于低温深冷分离，虽然其液化和分离都在低温下进行，然而在分离过程中，随着甲烷浓度的提高，排放废气的氧含量也被浓缩提高，不可避免地有一个阶段正好是属于甲烷的燃烧和爆炸的范围，存在着很大的安全风险。对于变压吸附法和膜分离法，高压有利于气体的分离净化，然而高的操作压力使得甲烷的爆炸限变宽，对于这种中、低甲烷含量的含氧煤层气提纯来说，操作危险性增大。由此可见，煤层气脱氧技术已经成为煤层气利用的关键技术之一。

在煤层气脱氧技术中，利用固定床催化剂使煤层气中的甲烷催化燃烧消耗其中的氧气从而达到脱氧的目的是最主要的技术，在此过程中，甲烷与氧气的燃烧反应产生大量的热，这可能引起床层温度过高从而影响催化剂和催化反应过程，而控制催化床层温度最好的方法就是采用换热的方式移除热量。在普通的固定床中，在煤层气入口处甲烷与氧气的反应快速发生并产生大量的热，在出口处，由于氧气浓度较低，甲烷与氧气的反应减少，这会造成固定床反应器在轴向存在热点，而该热点温度无法控制，可能会导致催化剂失活甚至损坏固定床反应器；同时，也会造成固定床反应器在径向存在过大的温差，从而造成催化剂装填中心温度过高。

CN101209402A公开了一种壳程多腔式多层床固定床反应器，该反应器的壳体由上壳体和下壳体构成，在每个壳体内在上管板和下管板之间沿壳体轴向设置两个壳程挡板，壳程挡板将壳体分为三个腔体，其两侧的腔体内设置反应管，两侧的腔体内设置有半圆形的三块折流板，因而管间热交换介质的流动形式为错流兼平行流。该专利申请所公开的反应器是通过壳程流动形式的变化来平衡管内反应热的不均，但是没有考虑管程也需要做相应的改变来减缓热点效应，其对热点效应减缓的效果有限。

CN1736574A公开了一种无热点列管式固定床反应器，其特点是反应器列管中的每支管都采用套管结构，内管两端封闭，在内管和外管两端侧壁通过管道与反应器壳程相连，在套管间隙中装填催化剂形成催化剂床层，这样冷却介质就可以从催化剂床层内外同时移除热量，从而控制床层温度。该反应器解决了径向的热分布不均问题，但轴向的热分布不均依然存在，而且这导致反应器结构相当复杂，增加了制造难度。

CN101508924A公开了一种煤矿区煤层气催化脱氧工艺，采用多级反应器进行多级催化脱氧反应，控制每一级反应器的入口气体温度及入口气体中氧气含量，使催化脱氧反应后每一级反应器的出口气体温度均为660℃，与采用单个反应器相比，通过该脱氧工艺，可使作为返回气用于稀释原料煤层气中氧气含量的产品气的量大大降低，从而降低能耗；同时能有效的控制脱氧反应器出口的气体温度在温度为660℃以下，可减少甲烷裂解，明显降低甲烷损失量。该工艺采用多级反应器来控制反应放热所产生的高温，一方面由于反应的剧烈程度很难有效控制，另一方面将大大增加设备的投资。

CN101613627A公开了一种含氧煤层气催化脱氧工艺，含氧煤层气和以一定循环比返回的煤层气产品气混合进入固定床绝热催化反应器，煤层气中的甲烷与氧气反应生成二氧化碳和水，从而将煤层气产品其中的氧气浓度降低到0.2％以下。木发明可以有效地脱除氧浓度在1％-15％含氧煤层气中的氧气，甲烷的回收率接近按照甲烷和氧气完全转化计算得到的理论回收率，产品气中低的氧浓度完全消除了后续煤层气分离(液化、变压吸附、膜分离等)工艺过程中存在的安全隐患。该工艺虽然通过煤层气循环控制氧含量以达到控制反应放热带来的高温问题，但与此同时也降低了该工艺的处理量，而且，随着循环比的加大，处理量降得更多。

从上述的现有技术可以看出，为了控制催化剂床层的温升，或者说为了控制催化反应放出的热量，主要采用两种手段，一是从反应器本身着手，加大传热速率，该思路主要是针对反应器的改进，包括管程和壳程的不同结构设计，其不利的一面在于反应器结构较为复杂，从而造成投资成本增加；二是从工艺过程着手，控制反应放出的热量，该思路通常可以利用普通的固定床反应器，但由于控制煤层气的氧含量或者其流速，这造成工艺的处理能力下降，从而造成操作成本的增加。

因此，迫切需要开发一种既不需要对反应器进行复杂的改进，又能保证处理能力的设备或工艺。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种设备简单的、能有效减缓热点效应的列管式固定床反应器，和在该反应器内实施的一种煤层气脱氧的方法。

本发明提供一种列管式固定床反应器，其特征在于，该反应器包括第一封头、第二封头和壳体，其中，在壳体内，设置有至少一个分隔板，将该反应器沿壳体的轴向分为至少两段，每段反应器外部的壳体上均设置有冷却介质进口和冷却介质出口，并且沿壳体的轴向，按照远离第二封头的顺序，各段反应器中列管的数目依次递减，且列管的管径依次增大。

本发明还提供一种煤层气脱氧方法，其特征在于，该方法包括，在煤层气脱氧反应条件下，将煤层气从上述的列管式固定床反应器的第二封头引入壳体中，依次与各段反应器中的煤层气脱氧催化剂接触，并从第一封头引出该反应器，将冷却介质从每段反应器的冷却介质入口引入，并从该段反应器的冷却介质出口引出。

通过改变列管式固定床反应器中列管的数目和直径，使得煤层气进入所述列管式固定床反应器时，首先经过比表面积大(换热面积与催化剂装填体积的比例)的反应段，此时煤气层的含氧量较高，在催化剂床层内的甲烷和氧气的反应量也较大，温升较高，此时管外换热面积较大，可以带走更多的热量；随着反应的进行，煤层气中的含氧量降低，甲烷和氧气的反应量也降低，温升较小，此时管外换热面积较小，从而将固定床反应器温度控制在合理范围内，避免了反应器中存在轴向热点，并缓和反应器径向的温差，从而保护了反应器以及列管中的催化剂，提高了煤层气脱氧工艺过程的效率和经济性。

此外，本发明的发明人在研究中发现，在煤层气进入反应器的初期，由于温升较高，对催化剂的影响较大，而且，由于此时煤层气中氧气含量较高，即使使用活性相对较低的催化剂也能达到同样的催化效果，因此，在煤层气脱氧工艺中，先使用活性较低的催化剂，再使用活性较高的催化剂，在保证煤层气脱氧效果的同时，还有效降低了反应成本。

从实施例的反应结果可以看出，根据本发明的方法进行煤层气脱氧，各段反应器中的列管式固定床反应器床层的温度都稳定在590-620℃，没有热点出现，而且脱氧后的煤层气中的氧气含量均低于0.1重量％。

此外，在实施例1中，前两段反应器中使用活性相对较低的Mn/Al₂O₃作为催化剂，而最后一段反应器中使用活性相对较高的Pt/Al₂O₃作为催化剂，其整体脱氧效果与实施例4中均使用Pt/Al₂O₃作为催化剂的脱氧效果相当，由此可见，本发明优选的煤层气脱氧方法还可以有效的降低反应成本。

本发明解决现有煤层气脱氧工艺中存在热点缺陷的方法仅为改变列管式固定床反应器中列管的数目和管径，相比现有技术中的很多对设备的改进而言，本发明的列管式固定床反应器结构简单，制备难度较低。相比现有技术中的控制煤层气的氧含量或者其流速的工艺改进而言，由于不需要将处理后的煤层气与未处理的煤层气进行混合，因此，本发明的方法在保证煤层气脱氧效果、消除了反应器中热点的同时还保证了工艺的处理能力。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明的列管式固定床反应器的示意图，其中，斜线部分表示管程，空白部分表示壳程。

图2为煤层气脱氧工艺的整体工艺流程图。

附图标记说明

1第一封头2第二封头3壳体

4第一冷却介质入口5第一冷却介质出口

6第二冷却介质入口7第二冷却介质出口

8第三冷却介质入口9第三冷却介质出口

具体实施方式

本发明提供一种列管式固定床反应器，其特征在于，如图1所示，该反应器包括第一封头1、第二封头2和壳体3，其中，在壳体3内，设置有至少一个分隔板，将该反应器沿壳体3的轴向分为至少两段，每段反应器外部的壳体3上均设置有冷却介质进口和冷却介质出口，并且沿壳体3的轴向，按照远离第二封头2的顺序，各段反应器中列管的数目依次递减，且列管的管径依次增大。

根据本发明，优选地，分隔板的数量为1-5个，进一步优选为2-3个。

本发明的发明人发现，对于煤层气脱氧工艺来说，按照煤层气的流向，优选地，每段反应器中列管的数目为与该段反应器相邻的后一段反应器中列管的数目的1.5-4倍，进一步优选为2-3倍，最优选为2倍；每段反应器中列管的数目为与该段反应器相邻的前一段反应器中列管的管径的1.2-4倍，进一步优选为1.5-3倍，此时，能够得到最好的脱氧效果。

根据本发明，优选地，相邻两段反应器中的列管之间通过连接管或分配器相连。

但是本领域技术人员能够了解到，本发明的列管式固定床反应器的发明本质在于通过对列管式固定床反应器的改进消除反应器中的热点，尤其是消除反应器轴向的热点，而具体的分隔板、列管数目和管径的选择并不影响本发明的实现。

根据本发明，每段反应器中列管的高度可以相同或不同，优选地，沿壳体3的轴向，按照远离第二封头2的顺序，每段反应器中列管的高度为与该段反应器相邻的前一段反应器中列管的高度的1-3倍，优选为1-1.5倍。

根据本发明，同一段反应器中的列管的管径和高度可以相同或不同，优选地，同一段反应器中的列管的管径相同，同一段反应器中的列管的高度相同。

本发明提供一种煤层气脱氧方法，其特征在于，该方法包括，在煤层气脱氧反应条件下，将煤层气从上述列管式固定床反应器的第二封头2引入壳体3中，依次与各段反应器中的煤层气脱氧催化剂接触，并从第一封头1引出该反应器，将冷却介质从每段反应器的冷却介质入口引入，并从该段反应器的冷却介质出口引出。

本发明中对于所述第一封头1和第二封头2的绝对高度没有特别的限定，同样地，对于煤层气的绝对流向也没有特别的限定(可以从上往下，也可以从下往上)，只要使得煤层气的流向与列管式固定床反应器的列管数目减少以及管径增加的方向保持一致即可。

本发明的发明人在研究中发现，在不同段的反应器中使用活性不同的催化剂，即先使用活性相对较低的催化剂，后使用活性相对较高的催化剂，与一直使用活性相对较高的催化剂相比，对煤层气脱氧效果的影响不大，但却有效的降低了成本。因此，本发明中，优选地，沿煤层气的流向，后一段反应器中的煤层气脱氧催化剂的活性不低于前一段反应器中的煤层气脱氧催化剂的活性。进一步优选地，沿煤层气的流向，后一段反应器中的煤层气脱氧催化剂的活性高于前一段反应器中的煤层气脱氧催化剂的活性。

本发明中所用的煤层气脱氧催化剂可以为常规的各种煤层气脱氧催化剂，优选地，所述煤层气脱氧催化剂包括多孔载体和负载在该多孔载体上的活性金属，所述多孔载体选自氧化铝、氧化钛、氧化锆、氧化锌、氧化镁、氧化钙、二氧化硅、磷铝分子筛、L型分子筛、X型分子筛、Y型分子筛、丝光沸石、ZSM-5沸石、硅藻上、高岭土、天然白土、硅酸铝、硅酸镁和蜂窝陶瓷中的至少一种，优选地，所述多孔载体选自氧化铝、X型分子筛、Y型分子筛、ZSM-5沸石中的至少一种；所述活性金属包括贵金属和非贵金属，所述非贵金属为Mn、Cu、Fe和Co中的至少一种，所述贵金属为Pd、Pt、Ru、Rh和Ir中的至少一种。

所述煤层气脱氧催化剂中活性金属和载体的含量可以为本领域常规的范围，例如，以煤层气脱氧催化剂的总量为基准，所述活性金属的含量可以为0.01-30重量％。

根据本发明，在上述的催化剂可选范围内，任意选择活性不同的一种或多种催化剂进行反应即可实现本发明，但是，优选地，选择活性差别较大的一种或多种催化剂进行反应，如活性较低的催化剂中的活性金属从非贵金属中选择，而活性较高的催化剂中的活性金属从贵金属中选择。

因此，进一步优选地，沿煤层气的流向，第一段反应器中的煤层气脱氧催化剂包括所述多孔载体和负载在该多孔载体上的所述非贵金属；最后一段反应器中的煤层气脱氧催化剂包括所述多孔载体和负载在该多孔载体上的所述贵金属。

常规的各种煤层气脱氧催化剂的类型及其活性对于本领域技术人员来说是公知的。如何根据本发明的方法选择出符合要求的煤层气脱氧催化剂也是本领域技术人员公知的，在此不再赘述。

根据本发明，所述煤层气脱氧反应条件可以为本领域常规的反应条件，具体地，包括，入口温度可以为20-330℃，压力可以为0.1-1MPa，气时体积空速可以为3000-30000h^-1。优选地，入口温度为260-310℃，压力为0.6-0.8MPa，气时体积空速为10000-20000h^-1。所述气时体积空速为整个列管式固定床反应器的气时体积空速。

根据本发明，所述冷却介质可以为本领域常规的各种冷却介质，优选地，所述冷却介质为水，进一步优选为高压水。

下面，结合图1和图2对本发明的方法和列管式固定床反应器作更详细的说明。

煤层气脱氧工艺的整体工艺流程如图2所示，作为原料的含氧煤层气首先泵入换热器内进行换热，换热到合适的入口温度后进入列管式固定床反应器中进行脱氧，脱氧后的煤层气经过换热器换热冷却，然后依次经过脱除CO₂反应器、脱除H₂O反应器和脱除N₂反应器脱除其中的CO₂、H₂O和N₂，得到煤层气产品，另一方面，高压水作为冷却介质从脱氧工艺中吸收热量，然后进入汽包，再进入换热器中对待脱氧的含氧煤层气进行加热。

本发明中，所述煤层气脱氧方法指的是煤层气脱氧工艺中，发生在列管式固定床反应器内的脱氧步骤，具体地，在列管式固定床反应器中，如图1所示，列管式固定床反应器被两块分隔板分隔为三段反应器，每段反应器中均包括冷却介质入口和冷却介质出口，换热后的含氧煤层气从第二封头2中进入壳体3内，依次与三段反应器中的列管中的催化剂接触后，从第一封头1离开反应器，高压水分别从第一冷却介质入口4、第二冷却介质入口6和第三冷却介质入口8进入各段反应器，相应地，分别从第一冷却介质出口5、第二冷却介质出口7和第三冷却介质出口9离开各段反应器。

下面，通过实施例对本发明的列管式固定床反应器和煤层气脱氧方法进行更详细的说明。

本发明实施例中，所用煤层气脱氧催化剂均为北京化工研究院生产。煤层气中氧气含量的测定方法为色谱分析法。

实施例1

本实施例用于说明本发明的煤层气脱氧方法。

含氧煤层气OM-1组成如表1所示，气量为30Nm³/h，温度为5℃，压力为0.6MPa(表压)。

含氧煤层气通过换热器换热至310℃后，从第二封头2进入如图1所示的列管式固定床反应器，并从第一封头1离开该反应器。其中，壳体3的高度为100厘米，列管式固定床反应器分为三段，其中，沿煤层气的流向，第一段反应器中均匀分布着16个直径为0.6厘米、高度为25厘米的列管，列管内装填高度为20厘米的Mn/Al₂O₃催化剂(以催化剂重量为基准，Mn含量为12重量％)，第二段反应器中均匀分布着8个直径为1.5厘米、高度为25厘米的列管，列管内装填高度为15厘米的Mn/Al₂O₃催化剂(以催化剂重量为基准，Mn含量为12重量％)，第三段反应器中均匀分布着4个直径为2.4厘米、高度为30厘米的列管，列管内装填高度为25厘米的Pt/Al₂O₃催化剂(以催化剂重量为基准，Pt含量为0.2重量％)，列管式固定床反应器中的气时体积空速为14000h^-1。各段反应器列管外的壳程中分别通入压力为5.9MPa的高压水，连续运行720小时，各段反应器床层的温度稳定在590℃，脱氧后的煤层气P1中氧气含量为0.06重量％。

表1

组分	含量(体积％)
		CH₄	73.3
O₂	5.6
		N₂	21.1
其他	0.0
		总量	100.0

表1中列出了含氧煤层气OM-1中各组分的含量。

实施例2

本实施例用于说明本发明的煤层气脱氧方法。

含氧煤层气OM-2的组成如表2所示，气量为30Nm³/h，温度为25℃，压力为0.6MPa(表压)。

含氧煤层气通过换热器换热至300℃后，从第二封头2进入如图1所示的列管式固定床反应器，并从第一封头1离开该反应器。其中，壳体3的高度为120厘米，列管式固定床反应器分为三段，其中，沿煤层气的流向，第一段反应器中均匀分布着24个直径为0.4厘米、高度为20厘米的列管，列管内装填高度为15厘米的Mn/Al₂O₃催化剂(以催化剂重量为基准，Mn含量为12重量％)，第二段反应器中均匀分布着12个直径为1.2厘米、高度为30厘米的列管，列管内装填高度为25厘米的Pt/Al₂O₃催化剂(以催化剂重量为基准，Pt含量为0.2重量％)，第三段反应器中均匀分布着6个直径为2.0厘米、高度为45厘米的列管，列管内装填高度为40厘米的Pt/Al₂O₃催化剂(以催化剂重量为基准，Pt含量为0.2重量％)，列管式固定床反应器的气时体积空速为11000h^-1。各段反应器的列管外的壳程中通入压力为5.9MPa的高压水，连续运行720小时，各段反应器床层的温度稳定在613℃，脱氧后的煤层气P2中的氧气含量为0.09重量％。

表2

组分	含量(体积％)
		CH₄	56.6
O₂	11.2
		N₂	32.2
其他	0.0
		总量	100.0

表2中列出了含氧煤层气OM-2中各组分的含量。

实施例3

本实施例用于说明本发明的煤层气脱氧方法。

含氧煤层气OM-3的组成如表3所示，气量为30Nm³/h，温度为15℃，压力为0.8MPa(表压)。

含氧煤层气通过换热器换热至280℃后，从第二封头2进入列管式固定床反应器，并从第一封头1离开该反应器。列管式固定床反应器分为四段，其中，沿煤层气的流向，第一段反应器中均匀分布着32个直径为0.4厘米、高度为20厘米的列管，列管内装填高度为15厘米的Mn/Al₂O₃催化剂(以催化剂重量为基准，Mn含量为12重量％)，第二段反应器中均匀分布着16个直径为1.2厘米、高度为30厘米的列管，列管内装填高度为25厘米的Mn/Al₂O₃催化剂(以催化剂重量为基准，Pt含量为0.2重量％)，第三段反应器中均匀分布着8个直径为2.0厘米、高度为30厘米的列管，列管内装填高度为25厘米的Pt/Al₂O₃催化剂(以催化剂重量为基准，Pt含量为0.2重量％)，第四段反应器中均匀分布着4个直径为3.6厘米、高度为45厘米的列管，列管内装填高度为40厘米的Pd/Al₂O₃催化剂(以催化剂重量为基准，Pd含量为0.2重量％)，列管式固定床反应器的气时体积空速为16000h^-1。各段反应器的列管外的壳程中通入压力为5.9MPa的高压水，连续运行720小时，各段反应器床层的温度稳定在605℃，脱氧后的煤层气P3中的氧气含量为0.07重量％。

表3

组分	含量(体积％)
		CH₄	61.2
O₂	6.4
		N₂	32.4
其他	0.0
		总量	100.0

表3中列出了含氧煤层气OM-3中各组分的含量。

实施例4

根据实施例1的方法对含氧煤层气OM-1进行脱氧，不同的是，各段反应器中的催化剂均为Pt/Al₂O₃催化剂(以催化剂重量为基准，Pt含量为0.2重量％)，脱氧后的煤层气P4中的氧气含量为0.06重量％。

由本发明的实施例可以看出，在本发明的列管式固定床反应器中进行的煤层气脱氧反应，连续运行720小时后，各段反应器床层的温度仍能稳定在590-620℃。说明本发明的方法能够有效地解决煤层气脱氧工艺中的热点缺陷。且本发明的煤层气脱氧方法处理后的煤层气中的氧气含量仅为0.06-0.09重量％，说明本发明的方法能够很好的实现煤层气脱氧。

通过实施例1与实施例4的结果对比可以看出，与全部采用贵金属催化剂做为煤层气氧化催化剂的实施例4相比，先使用活性较低的非贵金属催化剂，再使用活性较高的贵金属催化剂的实施例1也达到了相同的脱氧效果，但是本发明的方法明显降低了反应成本。

Claims

1.列管式固定床反应器在煤层气脱氧中的应用，其特征在于，该反应器包括第一封头(1)、第二封头(2)和壳体(3)，其中，在壳体(3)内，设置有至少一个分隔板，将该反应器沿壳体(3)的轴向分为至少两段，每段反应器外部的壳体(3)上均设置有冷却介质入口和冷却介质出口，并且沿壳体(3)的轴向，按照远离第二封头(2)的顺序，各段反应器中列管的数目依次递减，且列管的管径依次增大；

其中，每段反应器中列管的数目为与该段反应器相邻的后一段反应器中列管的数目的1.5-4倍；

其中，每段反应器中列管的管径为与该段反应器相邻的前一段反应器中列管的管径的1.2-4倍。

2.根据权利要求1所述的应用，其中，分隔板的数量为1-5个。

3.根据权利要求1所述的应用，其中，沿壳体(3)的轴向，按照远离第二封头(2)的顺序，每段反应器中列管的高度为与该段反应器相邻的前一段反应器中列管的高度的1-3倍。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的应用，其中，同一段反应器中的列管的管径相同，同一段反应器中的列管的高度相同。

5.一种煤层气脱氧方法，其特征在于，该方法包括，在煤层气脱氧反应条件下，将煤层气从列管式固定床反应器的第二封头(2)引入壳体(3)中，依次与各段反应器中的煤层气脱氧催化剂接触，并从第一封头(1)引出该反应器，将冷却介质从每段反应器的冷却介质入口引入，并从该段反应器的冷却介质出口引出；

所述列管式固定床反应器包括第一封头(1)、第二封头(2)和壳体(3)，其中，在壳体(3)内，设置有至少一个分隔板，将该反应器沿壳体(3)的轴向分为至少两段，每段反应器外部的壳体(3)上均设置有冷却介质入口和冷却介质出口，并且沿壳体(3)的轴向，按照远离第二封头(2)的顺序，各段反应器中列管的数目依次递减，且列管的管径依次增大；

6.根据权利要求5所述的方法，其中，分隔板的数量为1-5个。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，沿壳体(3)的轴向，按照远离第二封头(2)的顺序，每段反应器中列管的高度为与该段反应器相邻的前一段反应器中列管的高度的1-3倍。

8.根据权利要求5所述的方法，其中，同一段反应器中的列管的管径相同，同一段反应器中的列管的高度相同。

9.根据权利要求5-8中任意一项所述的方法，其中，沿煤层气的流向，后一段反应器中的煤层气脱氧催化剂的活性不低于前一段反应器中的煤层气脱氧催化剂的活性。

10.根据权利要求5-8中任意一项所述的方法，其中，所述煤层气脱氧催化剂包括多孔载体和负载在该多孔载体上的活性金属，所述多孔载体选自氧化铝、氧化钛、氧化锆、氧化锌、氧化镁、氧化钙、二氧化硅、磷铝分子筛、L型分子筛、X型分子筛、Y型分子筛、丝光沸石、ZSM-5沸石、硅藻上、高岭土、天然白土、硅酸铝、硅酸镁和蜂窝陶瓷中的至少一种；所述活性金属包括贵金属和非贵金属，所述非贵金属为Mn、Cu、Fe和Co中的至少一种，所述贵金属为Pd、Pt、Ru、Rh和Ir中的至少一种。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，沿煤层气的流向，第一段反应器中的煤层气脱氧催化剂包括所述多孔载体和负载在该多孔载体上的所述非贵金属；最后一段反应器中的煤层气脱氧催化剂包括所述多孔载体和负载在该多孔载体上的所述贵金属。

12.根据权利要求5-8中任意一项所述的方法，其中，所述煤层气脱氧反应条件包括，入口温度为20-330℃，压力为0.1-1MPa，气时体积空速为3000-30000h^-1。

13.根据权利要求5-8中任意一项所述的方法，其中，所述冷却介质为水。